基于轨道交通联锁控制实验系统的软件设计

2011-05-08李娟，陈珊

铁路计算机应用 2011年3期

李娟，陈珊

（1. 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044；2. 广州地铁总公司运营事业总部，广州 510308）

轨道交通实验系统的功能涵盖了铁路信号、运输和电务管理等专业，可满足高校学生的要求。还可以作为铁路局中职工培训的设备，用于提高行车设备操作人员职业技能。轨道交通实验系统具有辅助教学，实际演练，科学普及和社会教育的功能，整个系统就是一个微缩的铁路运营系统，布局美观、设备逼真，是展示铁路新面貌、新科技、新气象的最佳作品。

本文基于这样的实验系统平台，研究联锁控制系统的软件设计。

1 实验系统分析

本实验系统沙盘分为3个站场：交大站、红果园站和驼峰站。

交大站是沙盘演示系统中最大的站场，其中I轨和II轨是与红果园站相接的，交大站和红果园站构成2条环线，可以让车在上面跑圈。3轨和5轨是通往驼峰编组站的轨道，顺时针上坡，有6‰的坡度，如图1。

图1 交大站站场图

驼峰站作为列车编组站场。编组站驼峰调车场头部分为溜放进路自动控制系统，如图2。

图2 驼峰编组站站场图

红果园站是沙盘演示系统中的第二大站场，主路由I轨和II轨2个股道组成，进站、出站上方都布置了信号机，如图3。

图3 红果园站站场图

通过设计联锁软件控制信号机、进路、道岔之间的联锁关系，从而实现演示系统的联锁功能。

1.1 防护信号机

本实验系统采用三显示自动闭塞情况。信号机上同时点亮的基本灯光，原则上不超过2个。实验系统中采用的基本信号显示分为3类颜色：红色：要求停车的信号；黄色：要求注意或减速运行的信号；绿色：准许按规定速度运行的信号。

调车信号显示颜色分为：月白色：准许调车，或与红灯组合为引导信号；蓝色：禁止调车，或作为容许信号。

实验中，采用比较简单直观易行的信号防护方法，对于通过信号机，一般情况下都开放着，当某轨道区间有车占用时，防护该区间的通过信号机关闭，显示红灯；该区间之前一个区段的通过信号机显示黄灯，提醒列车注意减速运行；进路上其他信号机，如发车接车信号机等，在初始状态都使其显示红灯，只有在进路确定后开放，允许列车通过，一旦列车进入它所防护的区间后，应立即关闭，显示红灯信号。对于调车信号机，一般情况下都开蓝色灯，在调车进路选择确定后，该进路内允许开放的调车信号机开放，开白色灯。

1.2 基本电路

实验系统中要实现联锁关系，对沙盘上运行的轨道区间车辆占用信息的采集、道岔驱动和表示的采集、进路与信号的联锁关系成为了整个实验设计的关键。经过综合分析，系统沙盘电路设计形成了现有的电路结构：本系统采用轨道直接向机车提供直流电源；采用开路式交流轨道电路对轨道的占用和出清进行检测；采用磁环和干簧管完成对道岔定位、范围表示的采集；编组站采用了自动溜放控制系统。

1.3 系统连接

采用3台CONTEC工控机分别作为控制交大站、红果园站、驼峰站的联锁机。把输入输出卡装入对应工控机并连接到相应铁路沙盘设备，再把轨道电路采集板卡装入工控机连接到轨道电路，就可把机箱装入机柜了。

在以上实验系统的支持下，剩下的工作就是设计软件算法实现对演练沙盘上的信号机、轨道区段、道岔的联锁控制。

2 联锁软件设计

联锁控制主要体现在进路控制上。进路控制过程分为2个阶段：进路建立和进路解锁。

进路建立包括3个部分：进路选择，进路锁闭，开放信号。

进路解锁与进路锁闭相对应，当列车或车列越过了道岔区段后，该区段内的道岔以及相关的敌对进路解除锁闭。进路解锁分成自动解锁和非自动解锁，本次实验过程中，采用的是分段自动解锁。车列每驶过一段区间，该小段区间就自动解锁。

2.1 信息采集及设备驱动

输入：完成现场设备道岔定位反位，轨道区段的状态信息采集，为联锁控制提供基础数据。

输出：根据联锁软件生成的控制命令来控制驱动信号开放、道岔动作和轨道供电。

2.2 基本联锁控制软件的设计

本文采用VB语言通过简单的算法设计该软件，其最大优点在于思路清晰，算法简单，不需要建立数据库，只是通过VB语言中一些简单的程序结构就可以实现软件功能。对于一个实验室内的演示系统来说，沙盘规模不大，进路也不多，该方法还是十分可行的。由于算法简单，学生可以自己动手设计和编码，这对于教学是十分有利的。下面仅以红果园站的联锁软件设计为例说明。

2.2 .1 设计界面显示轨道区段占用状况

以给轨道9DG供电为例说明设计思路，见图4。

图4 界面上表示轨道9DG各线控件的名称

在给轨道9DG上电的同时，将变量9DG赋值为1，用来表示该轨道已经被选择。当9DG=0时，表示该轨道没有被选择。界面上要显示出轨道当前时刻的状态，即可以表示出空闲没有被选择（轨道蓝绿色）、空闲但被选择（轨道白色）、轨道上面有车（轨道红色）。在设计实现时，首先要读入轨道占用状态和道岔状态（即信息采集）—轨道选择标志变量（9DG）就是为判断出轨道应该显示出什么颜色而采用的中间变量。

2.2.2 实现道岔单独操作转辙控制

演示界面上需要显示出道岔的状态，并且可以对道岔进行单独的操作。首先，判断采集进来的道岔状态，然后将“反”或“定”赋给相应的command控件的Caption属性即可。单独扳动道岔时，需要先判断command的Caption属性的的值，若为“定”，则当按下command控件时，输出相应电平将相应的道岔变为“反”位；若为“反”位，按下command控件时，输出相应电平将相应的道岔变为“定”位。道岔显示界面及单独操作按钮如图5。

图5 道岔界面显示及单独操作按钮

2.3 实现进路选择与进路解锁

（1）进路选择

进路选择的目的是在条件满足的前提下，选定想要给电的轨道区段，将相应的道岔搬到正确的位置，并开放相应信号机，关闭敌对信号，锁闭相应道岔。

算法说明：根据连锁的规则，判断预选进路的各个绝缘区段是否被其他进路所选择，是通过查询标志变量来实现的。由于该试验系统不能采集到轨道是否给电，所以要想知道轨道是否已经给电就要通过查询标志变量。判断预选进路上是否有车，只需查询存放轨道占用状态的数组的相应位置上的数是否为1即可。

所谓标志变量，就是在通过输出卡将某段绝缘区段给电的同时，用一个变量将给电这一是事件记录下来。每段区段都对应自己的一个标志变量，如对于9DG这一区段，我们定义一个变量9DG，其它区段类似。程序开始运行或是复位时，标志变量都为0。在选择进路时，将某一区段给电的同时要将标志位赋值为1。当解锁该区段时，标志位清0。当再选择含有该区段的进路时，可通过查询该标志变量来判断该区段是否被其它进路所选择了。当检查发现轨道是空闲时，即没有被其他进路选择并且没有车存在时，便可以对道岔进行操作。由近到远依次检查道岔的状态，若道岔是在正确的位置则不需要搬动，否则要通过输出卡将道岔搬到正确位置。再依次检查道岔状态，若全部都正确，则开始锁闭道岔。锁闭道岔的方法是将相应单独操作道岔的按钮的Enabled 属性为 False，这样就无法单独操作道岔了。之后是开放相应的信号，并关闭敌对信号，同时将轨道给电。至此，一条进路就选择好了。

（2）进路解锁

图6 红果园站9DG-IIG-10DG部分区段图示

进路解锁的目的是当火车跑过一个绝缘区段后，应该断电，信号关闭，相应的道岔去掉锁闭。本实验采用的是逐段解锁的方式，即火车跑完一段就解锁一段。

算法说明：解锁的条件是当查询到某区段上有车而其上一段没车时将上一段解锁。

举例说明：如图6所示的9DG-IIG-10DG区段，当火车上行运行在IIG上的时候，程序查询到IIG上有车并且10DG没有车，则就要将10DG区段断电—完成对区段的解锁；并且将道岔10的状态变为可以操作，即将相应单独操作道岔的按钮的Enabled 属性为 True—即完成对道岔的解锁；火车在IIG上运行时，其前方的信号机SII应该为绿色，允许驶入9DG。同理，当火车运行到9DG上时候，程序查询到9DG上有车，IIG上没有车，这时就应该将IIG断电，并将信号机变为红色。

注意，在给轨道断电的同时，要将前面所提到的标志变量的值变为0，便于界面上轨道线条颜色的同步变化。解锁部分程序流程如图7。